某某大桥6、7号墩钢板桩围堰受力计算书一、计算依据1、《某某大桥6、7号墩承台钢板桩围堰设计图》；2、《注册结构工程师专业考试应试指南》（2008年施岚青主编）3、《路桥施工计算手册》4、《钢结构设计规范》（GB-50017-2003）5、《板桩法》中国水利出版社6、《公路桥涵设计规范》人民交通出版社二、基本资料:1、Q235钢材的允许应力：[σ]Q235=145Mpa2、钢材重度：78.5kN/m3、素砼重度：24kN/m3、水重度：γw=10kN/m33、封底混凝土C30抗拉强度设计值MPa ftd43.1=4、混凝土与钢的粘结力[τ]=150Kpa5、原装日本日铁SKSP-Ⅳ型拉森钢板桩参数宽度B=400mm、高度h=185mm、厚度t=16.1mm、一根桩截面积A=94.2cm2、重量W=76.1kg/m、惯性矩Ix=5300cm4、截面模量W x=400cm3、每延米桩墙重量W=185kg/m、惯性矩Ix=41600cm4/m、截面模量W x=2250cm3/m。
三、水土压力计算1、基本计算数据6号墩地质柱状图(围堰标高范围内）数据如下：3.25m～-0.54m为水，天然容重γ0为10KN/m3。
-0.54～-9.64m为淤泥（地质柱状图中为-3.0m，因下面的粉质粘土层作为嵌固端支点位置位于淤泥层以下，故取计算时取淤泥层底标高为-9.64m），淤泥层承载力为40KPa，其内摩擦角ϕ1取5°，粘结力c1为10kPa，天然容重γ1为18KN/m3。
-10.3～-14.0m为粉质粘土，内摩擦角ϕ2为20°，粘结力c2为20kPa，天然容重γ2为18KN/m3。
2、水压力及土压力计算2.1 土压力系数计算水土压力计算方法：河床以下钢板桩深度范围依次为透水性差的淤泥、不透水的粉质粘土层。
依据2008年《注册结构工程师专业考试应试指南》（施岚青主编）P896页，对于渗透性小的土层计算土压力时采用“水土合算”法，即在计算土压力时将地下水位以下的土体重度取为饱和重度，水压力不再单独叠加；对于渗透性大的土层计算土压力时采用“水土分算”法，即在计算土压力时将地下水位以下的土体重度取为浮容重，水压力单独叠加。
淤泥层承载力为40KPa ，此淤泥层为不透水层。
故淤泥层采用水土合算法计算，粉质粘土层作为钢板桩底部支撑用，不参与土压力计算。
主动土压力系数计算依据《简明施工计算手册》（第三版）P180页公式4-1b ，Pa=γHtg 2(450-2ϕ)-2ctg(450-2ϕ)=γHKa-2c Ka其中Ka1= tg 2(450-2ϕ)计算淤泥层主动土压力系数Ka1： Ka1=tg 2(450-21ϕ)= tg 2(450-25)=0.84 被动土压力系数计算 依据《简明施工计算手册》（第三版）P184页公式4-7，Pp=γHtg 2(450+2ϕ)+2ctg(450+2ϕ)=γHKp+2c p K其中Kp= tg 2(45+2ϕ) 计算淤泥层的被动土压力系数Kp1：Kp2=tg 2(450+21ϕ)= tg 2(450+25)=1.19 2.2 主动与被动水土压力计算2.2.1 主动水土压力计算河床面水压力=00h γ=10×3.79=37.9KPa淤泥层主动水土压力计算：淤泥层采用水土合算法：淤泥层顶面水土压力=00h γKa1-2c11a K =37.9*0.84-2*10*84.0=13.54KPa 。
淤泥层底面水土压力=（00h γ+11h γ）Ka1-2c11a K=（37.9+18*9.64）*0.84-2*10*84.0=165.4KPa 。
2.2.2 被动水土压力计算根据施工工序安排，本钢板桩围堰准备采用水下封底施工，水下混凝土厚度为100cm ，水下砼底标高为-2.8m ，水下封底混凝土浇筑之前围堰外土体比围堰内土体高8.0m 。
由于封底砼浇筑围堰内抽水后围堰内无水压力作用，故只需计算围堰内清除覆盖层至封底底面标高时的被动水土压力。
下面对被动水土压力计算如下：围堰内淤泥层顶面水压力='0'0h γ=10*11.3=112.3KPa 。
淤泥层被动水土压力计算：淤泥层采用水土合算法：-2.8m 处淤泥层水土压力 =1P 1P '0'0c 2K K h +γ=10*11.3*1.19+2*10*19.1=156.3KPa 。
-9.64m 淤泥层底面水土压力=1P 1P 11'0'0c 2)'(K K h h ++γγ=（10*11.3+18*1.0）*1.19+2*10*19.1 =178KPa四、钢板桩入土深度计算及基底抗隆起稳定性验算由于钢板桩底已打入到粉质粘土层6米左右，查阅《桥涵》（2000年版)上册P172页，《板桩尖支撑情况表》，对“密实土，但可能被水扰动，入坑底超过2m ”，可按打入到粘土层中50cm 处按桩端嵌固计算。
既然桩端嵌固，显然钢板桩底的入土深度是能够满足要求的。
对于桩端嵌固的钢板桩，钢板桩底显然是不会发生隆起现象的，故可认为围堰内基底的抗隆稳定性能够满足要求。
五、钢板桩围堰受力计算由于钢板桩采用水下封底法施工工艺，钢板桩围堰有三个工况受力较为不利：工况1是钢板桩围堰内水下清除覆盖层至封底底面标高-2.8m时。
工况2是围堰内抽干水时。
工况3是承台浇筑完毕，承台与钢板桩之间填筑砂砾石，承台顶部侧面30cm浇筑C30砼，砼达到强度后拆除第二道内撑时。
1、工况1围堰受力计算在围堰进入到粉质粘土层50cm处对钢板桩施加固结约束，取1m宽钢板桩进行受力分析，钢板桩计算简图如下：（1）、钢板桩弯应力计算钢板桩弯矩图如下：最大弯矩为29725493N.mm考虑采用日本Ⅳ型钢板桩，其W=2250000mm3，W值考虑0.7倍折减系数，容许应力[σ]=200MPa则最大应力σmax=Mmax/W/0.7=29725493/2250000/0.7=18.9MPa<[σ]=200MPa。
显然，钢板桩的弯应力是能满足要求的。
（2）、钢板桩挠度验算：采用清华大学求解器求得的挠度曲线图如下：最大挠度值如下：最大挠度为0.12mm，小于L/400=7500/400＝18.8mm，挠度验算能够满足要求。
（3）、支点反力计算：采用清华大学求解器求得的支点反力如下：约束反力值 ( 乘子 = 1)-----------------------------------------------------------------------------------------------结点约束反力合力支座 ---------------------------------------- ------------------------------------------ 结点水平竖直力矩大小角度力矩-----------------------------------------------------------------------------------------------2 0.00000000 -15173.1312 -0.00000001 15173.1312 -90.0000000 -0.000000014 0.00000000 -32341.5783 0.00000002 32341.5783 -90.0000000 0.0000000210 0.00000000 -9516.29040 -29725492.5 9516.29040 -90.0000000 -29725492.5-----------------------------------------------------------------------------------------------第1、2层内撑围檩每延米荷载分别为：-15173N、-32341N，负值表示拉力。
实际上，由于被动土压力是由于主动土压力产生的，被动土压力在以上计算值范围以内与主动土压力的力矩是一个动态平衡系统，以上反力为负值说明被动土压力的储备是足够的，实际受力时被动土压力的值在小于以上计算值时即能达到动态平衡。
故采用水下封底工艺施工时，围堰内水下清除覆盖层至-8.8m时钢板桩的受力是能够满足要求的。
2、工况2围堰受力计算工况2为封底混凝土达到设计强度，围堰内抽干水时。
取封底砼底面以上钢板桩进行分析，其计算简图如下：(1)、钢板桩弯应力验算采用清华大学结构力学求解器求得的弯矩图如下：最大弯矩为105568342N.mm考虑采用日本Ⅳ型钢板桩，其W=2250000mm3，W值考虑0.7倍折减系数，容许应力[σ]=200MPa则最大应力σmax=Mmax/W/0.7=159236858/2250000/0.7=101.1MPa<[σ]=200MPa。
显然，钢板桩的弯应力是能满足要求的。
（2）、钢板桩挠度验算：采用清华大学求解器求得的挠度曲线图如下：最大挠度值如下：最大挠度为0.16mm，小于L/400=4500/400＝11.3mm，挠度验算能够满足要求。
（3）、支点反力计算：约束反力值 ( 乘子 = 1)-----------------------------------------------------------------------------------------------结点约束反力合力支座 ---------------------------------------- ------------------------------------------ 结点水平竖直力矩大小角度力矩-----------------------------------------------------------------------------------------------2 0.00000000 51210.5550 0.00000001 51210.5550 90.0000000 0.000000014 0.00000000 252427.538 0.00000000 252427.538 90.0000000 0.000000006 0.00000000 660880.059 0.00000000 660880.059 90.0000000 0.000000007 0.00000000 -439915.613 -0.00000010 439915.613 -90.0000000 -0.000000108 0.00000000 202717.653 -0.00000010 202717.653 90.0000000 -0.000000109 0.00000000 7013.30777 0.00000000 7013.30777 90.0000000 0.00000000----------------------------------------------------------------------------------------------- 第1、2层内撑围堰每延米荷载分别为：51211N、252428N。